凤阳小型水库除险加固工程防渗方案研究

丁 珺

安徽省凤阳县属淮河流域，建有小型水库134座，均为土坝，受建库时资金和技术条件限制，土坝填筑时施工质量差，碾压不密实，且筑坝时清基不彻底，基础含有杂质，坝体与基础及两侧山体之间没有采取防渗措施，且结合处理不好，其接触面易成为渗漏通道，水库土坝均存在不同程度的渗漏，存在诸多安全隐患。

根据凤阳县小型水库分布特点，小型水库除险加固工程防渗方案主要选择以下三种：一是粘土斜墙方案，主要解决坝身断面不足及坝身渗漏问题。二是多头小直径深层搅拌桩、锥探灌浆方案，主要解决坝身渗漏问题。三是帷幕灌浆方案，主要解决坝身和坝基结合部以及大坝与基岩接触面渗漏问题。

三种方案根据具体水库特点、地质情况、渗漏情况可单独使用，也可互相结合使用以达到最佳防渗效果。

一、粘土斜墙方案

粘土斜墙防渗是将粘性土防渗体筑在坝体上游侧，斜卧在坝坡上，构成斜墙，此方案不仅能解决土坝渗漏问题，同时解决坝身断面不足问题。粘土斜墙防渗优点是施工技术简单，投资省，所用粘土材料可就地取材，价格低廉。根据《小型水利水电工程碾压式土坝设计导则》（以下简称《导则》），关于土质防渗体断面设计应满足以下要求。

（1）基面处理：修整坝体，即将塌陷处予以填实，下部隆起超过粘土斜墙下游设计坝坡线的部分予以挖除。塌陷处的填筑土料需满足坝身对土料的要求；填筑时须按要求分层碾压、夯实，压实度须达到0.96。

（2）防渗体尺寸：土质防渗体的尺寸应满足控制渗透坡降和渗流量的要求，且要便于采用机械化施工，斜墙顶部厚度应不小于1.5m，斜墙在坝底部的厚度须根据土料的容许水力坡降来决定，粘性土的容许水力坡降为5～7，且厚度不得小于3m。

（3）防渗体超高：防渗体顶部高程应高出正常运用的静水位0.3m 以上，非常运用情况应不低于非常运用的静水位。由于是对原坝进行除险加固，综合考虑施工的方便性及大坝整体的美观性，通常设计斜墙顶高程同坝顶设计高程一致。

（4）防渗体保护层：因凤阳冻土层厚度只有10～15cm，不属于冻土区，《导则》中规定上游保护层厚度包括面层和垫层，保护层的设计可结合上游坝面护坡方案并满足冻土厚度要求。

（5）齿墙：参考《小型水库配套工程》（安徽省人民出版社）中“齿墙深入弱透水层或不透水层深度≥1m”的说法，并结合地质报告，一般齿墙需深入坝基以下2.0m。

二、坝身锥探灌浆结合坝基帷幕灌浆方案

对于大坝和基岩接触面存在接触渗漏现象，有必要对大坝坝基进行防渗加固设计，以防止大坝产生渗透破坏，并降低坝体浸润线，提高大坝稳定性。采用坝身锥探灌浆结合坝基帷幕灌浆防渗处理，一并解决坝身、坝基渗漏问题。

锥探灌浆加固原理是通过充填密实大坝内部各种洞穴、裂缝等隐患，以达到消除堤身隐患，提高大坝防洪能力的作用。该方案对坝身填筑不密实、坝身存在孔穴引起的渗漏问题处理效果较好。施工设备简单、操作容易、造价低、施工方法成熟。

坝身防渗采用锥探灌浆，坝基采用帷幕灌浆，在上游坝肩距大坝边线0.5m 处布置锥探及帷幕灌浆轴线，帷幕灌浆与锥探灌浆采用同一灌浆孔，采用3 序孔布置方式，灌浆孔顶高程为坝顶高程，坝身灌浆孔底部至基岩面。

（一）锥探灌浆技术要求

1.材料。选择强度等级为P.O42.5 级普通硅酸盐水泥。

2.灌浆压力及孔深。灌浆孔上端孔口压力应小于50kPa，具体应根据各段试灌确定。造孔深度应深入坝基土层2.0m 或至基岩面。

3.灌浆实验。灌浆施工前应做灌浆试验，选择有代表性堤段，按灌浆设计进行布孔、造孔、制浆、灌浆，观测灌浆压力、吃浆量及泥浆容重、大堤位移和裂缝等。试验孔不少于3 孔，试验结束后应分析资料，总结经验，修改参数，完善和熟练灌浆工艺，然后方可全面施工。

4.造孔。按设计要求布孔、造孔。造孔必须按2 序进行，保持垂直，孔倾斜率不大于2%。应用干法造孔，不得用清水循环钻进。作好造孔记录和描述，如发现异常情况，应详细记录并分析处理。

5.灌浆顺序。先灌上游侧第一排，再灌下游侧。灌浆开始先用稀浆，经过3～5min 后再加大泥浆稠度。若孔口压力下降和注浆管出现负压，应再加大浆液稠度，浆液的容重应按技术要求控制。每次最大灌浆量应按设计要求控制，每孔灌浆次数应根据试验确定，一般为5～10 次。当浆液升至孔口，连续复灌3 次不再吃浆时，可终止灌浆。

6.灌浆观测。为保证堤防灌浆质量和堤防安全，灌浆过程应有专门人员负责观测，及时发现和解决问题。

（二）帷幕灌浆技术要求

1.帷幕边界。结合勘探孔资料，灌浆深度岩基以下不小于2.0m，上部与锥探灌浆相接。

2.帷幕线布置。在上游坝肩距大坝边线0.5m 处布置帷幕灌浆轴线；设计灌浆孔布置2 排，排距1.0m，孔距1.5m，梅花形布置，分3 序施工，施工按照分序加密原则进行，钻孔为铅直孔，钻孔直径不小于56mm。

3.灌浆压力。设计灌浆压力岩基为0.6MPa，进入土基部分压力不大于0.05MPa。

4.浆液变换。按自稀变浓原则，浆液配比采用重量法配制，即：5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1。

三、坝身多头小直径深层搅拌桩结合坝基帷幕灌浆方案

对于大坝坝身和坝基结合部以及大坝与基岩接触面渗漏情况，根据本地区工程经验和投资情况，采用多头小直径深层搅拌桩防渗墙结合帷幕灌浆方案，主要是解决大坝坝基结合面清基不彻底、填筑土料不合格引起的渗漏问题。该方案成墙耐久性好、成熟可靠。

多头小直径深层搅拌喷灌浆造墙技术是运用特制的多头小直径深层搅拌桩机把水泥浆喷入土体，同时钻头旋转搅拌，使喷入土层的水泥浆液与原土充分拌和在一起，形成抗压强度比天然土强度高，渗透系数较小，并具有整体性、稳定性的桩柱体。将桩柱体互相搭接成一列，形成连续墙体起到截渗作用。

（1）防渗墙布置。多头小直径防渗墙布置于坝顶距上游坝肩1.5m，帷幕灌浆轴线紧贴多头小直径防渗墙中心线上游侧，帷幕灌浆设计单排孔，孔距1.0m，分3 序施工，施工按照分序加密原则进行，钻孔为铅直孔，钻孔直径不小于56mm。

（2）防渗墙顶高程。防渗墙顶高程按不低于校核洪水位。

（3）防渗墙深度。多头小直径防渗墙底至基岩面，结合勘探资料，灌浆深度岩基顶面以下不小于2.0m，土层延深灌浆2m 与多头小直径防渗墙重叠。帷幕灌浆轴线紧贴多头小直径防渗墙中心线上游侧。

（4）多头小直径防渗墙厚度。设计选用3 个钻头深层搅拌桩机，一个工艺流程可形成一个单元防渗墙，钻杆间距为320mm。根据所选机型特点，采用一次成墙搭接施工方式（见图1）。

图1 一次成墙搭接方式图

施工时先完成1、2、3 为一个单元墙，然后再施工1'、2'、3'为下个单元墙，L 为桩间距，L1为单元间桩间距，δ 为单元间搭接长度，d 为钻头直径，可根据需要选取。防渗墙厚度按公式T=ΔH/[J]计算，式中：△H—防渗墙承受的上下游最大水位差；J—防渗墙允许水力坡降。

（5）防渗墙主要施工参数见表1。

四、结语

通过对小型水库进行防渗治理，消除了安全隐患，保证了水库下游群众的生命和财产安全，减轻了汛期防汛压力，防洪保安能力显著提高；同时，加固后的小型水库面貌焕然一新，改善了当地的生态环境，成为城乡人民群众休闲娱乐的好场所■